一种锂离子液流电池反应器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于化学储能电池技术，具体涉及一种裡离子液流电池反应器。
【背景技术】
[0002] 裡离子液流电池是最新发展起来的一种电化学电池技术，它综合了裡离子电池和 液流电池的优点，是一种输出功率和储能容量彼此独立，且能量密度大、成本较低的新型二 次电池。它不仅可W作为太阳能、风能发电系统的配套储能设备，还可W作为电网的调峰装 置，提高输电质量，保障电网安全。利用化学电源进行蓄电储能，可W不受地理条件限制，有 望实现大规模储能，具有重大社会经济价值。
[0003] 之前的裡离子液流电池反应器中，电极悬浮液进入反应器和流出反应器需要经过 密封盖板，如中国专利CN 103094599A ;或者在电池模块四周设置转向罩W便电极悬浮液 流入电极反应腔，如中国专利CN 102931427A ;或者在电池反应器周边采用进液腔和出液 腔，如中国专利201410210138. 4。
[0004] 总的来说，之前的裡离子液流电池反应器都是通过分流腔将电极悬浮液输入分配 到多个电池反应腔内，每个电池反应腔设置有多个平行的导流道，电极悬浮液流过平行的 导流道，再通过汇流腔汇流后输出。送种使用分流腔将电极悬浮液分配到多个电池反应腔 内反应后再通过汇流腔汇流，往往会导致各电池反应腔内的电极悬浮液的流量不一致，容 易造成电池反应器内各电池单元的过充或过放，恶化电池性能。
【发明内容】
[0005] 为解决裡离子液流电池存在的上述问题，本发明提供一种裡离子液流电池反应 器，该电池反应器通过给每个电池反应腔设置一组进液口和出液口，使得电极悬浮液不用 通过上述分流腔和汇流腔而直接进入电极反应腔内，从而有效地提高电池单元之间的一致 性，改善电池性能，大大简化了反应器结构。
[0006] 本发明的目的是通过下述方式实现的：
[0007] -种裡离子液流电池反应器，包括双极性隔膜、正极导流体、负极导流体；所述双 极性隔膜是由隔离层W及位于隔离层两侧且与隔离层紧密接触的正极集流层和负极集流 层组成，若干个双极性隔膜按照相同极性集流层相对放置的顺序依次排列，相邻两个相对 的正极集流层之间的间隙空间构成正极反应腔，相邻两个相对的负极集流层之间的间隙空 间构成负极反应腔；在正极反应腔内放置有正极导流体，负极反应腔内放置有负极导流体， 若干个双极性隔膜、正极导流体、负极导流体相互交替上下叠加构成电池单元组，其特征在 于：
[0008] 所述导流体由中空"回"形框内平行设置若干根流道脊组成，所述流道脊的高度小 于反应腔的高度，流道脊将导流体分隔成若干个相互平行的导流道，导流体边框在对应每 个导流道两端的位置均设有进液口和出液口；
[0009] 相邻正极导流体中，上一层正极导流体的正极出液口与相邻下一层正极导流体的 正极进液口通过连通结构同侧串联连通；相邻负极导流体中，上一层负极导流体的负极出 液口与相邻下一层负极导流体的负极进液口通过连通结构同侧串联连通；正极导流体的导 流道与负极导流体的导流道相互垂直。
[0010] 通过给每个导流道设置进液口和出液口，提高了电极悬浮液在电池反应腔内的流 动均匀性，相邻正极导流体的导流道之间串联连通，相邻负极导流体的导流道之间串联连 通，使得电极悬浮液不用通过上述分流腔和汇流腔而直接进入电极反应腔内，改善电池性 能，大大简化了反应器结构。
[0011] 根据本发明，所述连通结构为电极悬浮液流通孔，即在正极导流体边框设置有负 极悬浮液流通孔，使得上一层负极导流体的负极出液口与相邻下一层负极导流体的负极进 液口通过中间正极导流体边框的负极悬浮液流通孔同侧串联连通；在负极导流体边框设置 有正极悬浮液流通孔，使得上一层正极导流体的正极出液口与相邻下一层正极导流体的正 极进液口通过中间负极导流体边框的正极悬浮液流通孔同侧串联连通。进一步，在电极悬 浮液流通孔的内侧设置有中空绝缘密封管，避免电极悬浮液流过流通孔时液体渗漏。
[0012] 或者，所述连通结构为设有导流槽的连通罩，其中正极连通罩的导流槽一一对应 连接正极导流体的正极出液口与相邻下一层的正极导流体的正极进液口，负极连通罩的导 流槽一一连接负极导流体的负极出液口与相邻下一层的负极导流体的负极进液口。
[0013] 本发明中，若干个所述双极性隔膜、正极导流体、负极导流体相互上下交替叠加构 成电池单元组，正极悬浮液由第一层正极导流体的正极进液口流入，正极出液口流出，按照 串联方式依次流过每一层正极导流体，同时，负极悬浮液由第一层负极导流体的负极进液 口流入，负极出液口流出，按照串联方式依次流过每一层负极导流体。
[0014] 所述导流体为在具有中空结构的"回"形边框内平行设置若干根流道脊组成的，材 料为电子绝缘材料，优选为聚丙帰、聚己帰、聚四氣己帰中的一种或几种，所述流道脊将导 流体分隔成若干个平行的导流道。在导流体边框对应每个导流道位置一一对应设置进液口 和出液口，电极悬浮液通过进液口进入导流道内，由出液口流出。
[0015] 所述流道脊材料为聚丙帰、聚己帰、聚四氣己帰等，每个流道脊上下两侧设置有若 干个凸台，所述的凸台为半球形状、圆柱体状、梯形体状、圆台等规则几何体或各种异型不 规则几何体；流道脊上的凸台为柔性绝缘材料，具有一定的弹性，正极导流体流道脊上的凸 台与负极导流体上流道脊的凸台一一对应，流道脊与凸台之间采用激光焊接、热烙焊接、粘 接等方式固定，或者一体化加工制作。
[001引所述正极反应腔高度为1mm~20mm，正极流道脊高度为0.5mm~19mm，宽度 为0. 5mm~10mm，正极流道脊间距为2mm-100mm，正极流道脊两侧的正极凸台高度为 0. 5mm-5mm,优选为 1mm。
[0017] 所述负极反应腔高度为0. 5mm~15mm，负极流道脊高度为0. 5mm~14mm，宽 度为0.5mm~10mm，负极流道脊间距为2mm-100mm，负极流道脊两侧的负极凸台高度为 0. 5mm-5mm,优选为 1mm。
[0018] 所述双极性隔膜是由隔离层W及位于隔离层两侧且与隔离层紧密接触的正极 集流层和负极集流层组成。其中，隔离层为隔离正、负集流层并使电池内的电子不能自 由穿过，而电解液或者凝胶电解质中的裡离子能够自由通过的电子绝缘层，其厚度为 0. 005mm~1mm。正极集流层和负极集流层都为裡离子和电子均可自由通过的离子/电子 混合导电层，其厚度都为0. 01 μ m~1000 μ m，优选为具有通孔结构的电子导电层，其通孔 孔隙率为30%~99%，孔径范围lOnm~2mm。正极集流层和负极集流层放置于隔离层的两 侦U，并与隔离层紧密接触，绝缘边框通过激光焊接、热烙焊接、粘接或机械压接固定等方式 与正极集流层、隔离层和负极集流层的边缘复合在一起。
[0019] 进一步，所述的隔离层为聚己帰、聚丙帰、聚偏氣己帰、或其它电子不导电的多孔 聚合物材料；或者，隔离层为玻璃纤维无纺布、合成纤维无纺布、陶瓷纤维纸、或其它电子不 导电的无机非金属材料与有机聚合物的复合多孔材料；或者，隔离层的材料采用电子不导 电的聚合物基体、液体有机增塑剂和裡盐Η部分复合构成的凝胶聚合物电解质复合材料。 进一步，所述的电子不导电的多孔聚合物材料、无机非金属材料与有机聚合物的复合多孔 材料的孔隙内浸溃有离子导电的电解液或聚合物胶体材料。
[0020] 进一步，所述的正极集流层为导电填料与粘结剂多孔混合物，其中，导电填料为铁 粉、铅粉、银粉、富裡娃粉、含裡合金粉类金属合金导电颗粒，或者是含裡碳材料中的一种或 几种，导电填料的质量分数不小于70%。或者，所述正极集流层为具有多孔结构的金属导 电层，金属导电层为金属丝或表面附有导电碳材料涂层的金属丝编织而成，网孔为方形、菱 形、长方形或多边形等；或者，所述金属导电层为具有多孔结构的多孔泡沫金属层，或者为 多孔金属板或金属巧经机械冲压或化学腐蚀而成，金属导电层的材质为铅、合金铅、不镑 钢、银、锡或铁，优选为铅。或者，所述正极集流层为碳纤维导电布、金属丝与有机纤维丝混 合导电布、表面涂覆导电碳材料涂层或者锥有金属薄膜的多孔有机材料，所述多孔有机材 料包括天然棉麻、涂绝、芳绝、尼龙、聚丙帰、聚己帰、聚四氣己帰及其它耐电解液性能良好 的有机物。或者，所述正极集流层为添加有上述导电填料的聚合物电解质层，所述聚合物电 解质层为聚合物基体、液体有机增塑剂和裡盐Η部分复合构成的凝胶聚合物电解质复合材 料。或者，所述正极集流层为上述几种集流体中的任意两种或几种所组成的复合集流体。
[0021] 进一步，所述的负极集流层为导电填料与粘结剂多孔混合物，其中，导电填料为铁 粉、铜粉、银粉、富裡娃粉、含裡合金粉类金属合金导电颗粒，或者是碳黑、碳纳米管、碳纤 维、石墨帰、含裡碳材料中的一种或几种，导电填料的质量分数不小于70%。或者，所述负极 集流层为具有多孔结构的金属导电层，金属导电层为金属丝或表面附有导电碳材料涂层的 金属丝编织而成，网孔为方形、菱形、长方形或多边形等；或者，所述金属导电层为具有多孔 结构的多孔泡沫金属层，或者为多孔金属板或金属巧经机械冲压或化学腐蚀而成，金属导 电层的材质为、不镑钢、媒、铁、银、锡、锥锡铜、锥媒铜、锥银铜，优选为锥媒铜。或者，所述负 极集流层为碳纤维导电布、金属丝与有机纤维丝混合导电布、表面涂覆导电碳材料涂层或 者锥有金属薄膜的多孔有机材料，所述多孔有机材料包括天然棉麻、涂绝、芳绝、尼龙、聚丙 帰、聚己帰、聚四氣己帰及其它耐电解液性能良好的有机物。或者，所述负极集流层为添加 有上述导电填料的聚合物电解质层，所述聚合物电解质层为聚合物基体、液体有机增塑剂 和裡盐Η部分复合构成的凝胶聚合物电解质复合材料。或者，所述负极集流层为上述几种 集流体中的任意两种或几种所组成的复合集流体。
[0022] 进一步，所